Klimaschädliches Kohlendioxid zurück zu Kerosin, Benzin und Diesel umwandeln und somit den CO₂-Kreislauf schliessen: Das ist die Idee von Synhelion. Das ETH-Spin-off nutzt die Wärme der Sonne, um aus CO₂ und Wasser synthetische Treibstoffe («Synfuels») herzustellen. In Jülich hat Synhelion im Juni 2024 «DAWN» eröffnet: die weltweit erste industrielle Anlage zur Produktion von Solartreibstoffen. Dank einer Zusammenarbeit mit dem Empa-Labor für Hochleistungskeramik kann «DAWN» rund um die Uhr erneuerbare Treibstoffe produzieren – auch nachts.
Um aus CO₂ und Wasser wieder Treibstoffe zu machen, braucht «DAWN» vor allem eins: Energie. Ein grosses Spiegelfeld fokussiert das Sonnenlicht auf einen einzigen Punkt am Solarstrahlungsempfänger. Darin befindet sich Wasserdampf, der durch die geballte Energie der Sonne eine Temperatur von bis zu 1200 Grad Celsius erreicht. Mit dieser Hochtemperatur-Prozesswärme wird der Reaktor betrieben. Überschüssige Wärme wird gespeichert in einer mehrere Kubikmeter grossen Kammer, gefüllt mit Spezialziegeln. Diese Ziegel – eine gemeinsame Entwicklung von Empa und Synhelion – dienen als Zwischenspeicher für die enorme Hitze. Über Nacht ist es dieser «Wärmevorrat», der den Reaktor am Laufen hält.
Gesucht: der „Super-Ziegel“
Bei 1200 Grad ist indes Ziegel nicht gleich Ziegel. Bei direktem Kontakt mit dem ultrahocherhitzten Wasserdampf korrodiert sogar Keramik. Keine der auf dem Markt erhältlichen Hochtemperaturziegel waren für diese Bedingungen gedacht. Also kam Synhelion auf die Empa zu. In einem zweijährigen Projekt, das durch die Innosuisse gefördert wurde, machten sich die Forschenden auf die Suche nach der perfekten Keramik. Die Korrosionsbeständigkeit war dabei jedoch nur ein Aspekt. Das Material sollte auch eine hohe Wärmekapazität haben, mechanisch robust sein und Temperaturschocks aushalten, die beim Herunterfahren der Anlage entstehen können. Ausserdem musste es günstig zu produzieren sein – denn die Anlage in Jülich ist für Synhelion nur der Anfang.
Gemeinsam mit der Werkstatt der Empa und Synhelion entwarfen die Wissenschaftler einen eigenen Hochtemperatur-Rohrofen. Darin setzten sie unterschiedliche Keramikproben der korrodierenden Wasserdampfatmosphäre aus – bis zu 500 Stunden lang. Gemeinsam mit ihren Projektpartnern verfeinerten sie die Zusammensetzung des Materials und optimierten den Herstellungsprozess, um die Eigenschaften noch weiter zu verbessern und die Kosten zu senken. Die Ziegel wurden daraufhin von einem Partnerunternehmen in Deutschland hergestellt und in «DAWN» verbaut.
